автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование радиационно - тепловых режимов и тепло - массообменных процессов в гелиотеплице с лотковой теплоаккумулирующей системой субстратом и внутрипочвенным орошением

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И АВТОМАТИКИ

РГБ ОД 1 5 ДНК 1396

На правах рукописи

Файзиев Тулкин Амирович

Исследование радиаядонно - тепловых режимов и тепло - массообменных процессов в гелиотеплице с лотковой теплоаккуму пирующей системой субстратом и внутрипочвеяяым орошением.

Специальность 0S.14.04 - " Промышленная,

теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертаиг и на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Ташкент - 1996

Работа выполнена в Каргиинсколг государствен -ном унг/серситетп и Институте энергетики и автоматики АН Республики Узбекистан .

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор А. Б. Вардиягиси;

Официальные оппоненты: доктор технических нау

профессор Мухиддиноа Д.

Ведущая организации: ФТИ НПО "Физика - Солнце"

АН Республики Узбекистан

Защита состоится "& г. в час на заседании специал

зирооанного совета К'Ч)15.28.01 в Институте энергетики и автоматик! АН Республики Узбекистан по адресу; ТО0143, г. Ташкент - 143, Академ ■ городок, РУ.

С диссертацией можнэ ©знакомиться в Библиотеке Института энергетики автоматики АН РУ.

Автореферат разослан 1996 г.

Ученый секретарь

доктор технических на3 профессор Умаров Г. Г.

спеииаиисм4}ова111ЮГО сове! а, т. а

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Выращивание овощей з условиях защищенного грунта является весьма энергоемким процессом, требующим значительных расходов дефицитных энергоресурсоз. Снижение энергозатрат на эти цели, в том числе 'за счет применения солнечной энергии, является одним из путей энергосбере-реиения, особенно в условиях перехода к рыночным отношениям. При техническом обогреве расходы на отопление составляют 5560 х суммарных затрат. Зто накладывает особую ответственность на выбор и проектирование системы отопления теплиц.

Интенсивное использование теплиц в течение года, высокие урожаи с единицы площади, ограниченный объем корневого питания, а также частые и обильные поливы предопределяют необходимость создания плодотворных и с хорошими водно-теплофизическими свойствами тепличных грунтов-субстратов. В настоящее время широко используются различные субстраты, на которых выращивают сельхозкультуры в теплицах.

В качестве субстрата используются отходы хлопкоочистительной промышленности, опилки, навоз, соломенная резка, и как связывзющий материал, полевой грунт.Разработка, создание и исследование гелиотеплиц субстратом,лотковой теплоаккумулирующей системой • с Енутрипочвенккм тепловым орошением является объективной необходимостью и весьма перспективным мероприятием.Поэтому исследование (установление) температурно-влаяностных режимов почвы-субстрата, растений и воздуха в гелиотеплице б зависимости от радиационных и метеорологических факторов ' имеет актуальное важное научно - практическое значение. Целесообразность и

своевременность проведенных исследований обоснованны тем, что они ориентированны на ранение- научно-технической задачи 03.01.01. "Разработка, создание и исследование

комбинированных гелиоустановок с улучшенными

радиационно-энергетически..« параметрами, предназначенных для выращивания, сушки сельхозпродуктов и материалов" в соотвествии с комплексным планом НИР отдела науки MHO УзССР (приказ J615/24 от 17.03.1990г.) в 1990-1992 годы, и предусмотренной государственнс.1 научно-технической программой ГКНТ РУз по заданию 2.2.3.2. "Разработка научных и технических средств рационального использования энергоресурсов и

эффективных энергосберегающих технологий" в 1593-1995 год.

Цели) работы является разработка, исследование и научное обоснование режимных параметров комбинированной гелиотеплицы многоцелевого назначения с субстратом и лотковой теплоаккумулирующей системой.

- Изучение радиационно - теплового и влажностного режима комбинированной гелиотеплицы с различными составами субстратов . в качестве корнесбитаемого слоя растений в лотковой теплоаккумулирующей системе.

Научная новизна. Основными элементами новизны, которые автор выносит на защиту, являются:

Новые конструктивные схемы тегагопреобразующих и аккумулирующих гелиотехническихг устройств защищенного грунта, способы их рационального. включения в общую систему теплоснабжения, а та".же результаты экспериментальной проверки их теплотехнической эффективности.

- Результаты измерения тешюфизических свойств субстратов различных составов и почвы теплиц,: численные значения их коэффициентов...тепла и температуропроводности, объемной теплоемкости в зависимости от весовой влажности.

Методика расчета теплового режима гелиотеплицы и математическая модель теплообмена в системе с субстратом и подпочвенным аккумулированием тепла.

- Результаты! исследований температурно-влаиностного режима и процессов аккумуляции солнечного тепла в субстрате-грунте, лотковой теплоаккумулирующей системе гелиотеплицы.

- Создание энергосберегающих экологически чистых солнечных теплотехнических устройств защищенного грунта, обеспечивающих улавливание энергии нестационарных нетрадиционных источников, ее трансформации и использование в оптимальных режимах для вырацивания сельхозпродуктов.

Автор защиаает результаты натурных и экспериментальных исследований комбинированной гелиотеплицы с субстратом с лотковой теплоакку;дулирувдей .системой, разработанную методику расчета темпс-ратурно-влажностнсго -режима, теплофизические : параметры, субстрата, . математическую модель

радиационно-конвективкого теплообмена, аккумуляции и баланса энергии предлагаемой.двухблочкой гелиотеплицы. ■■•••."■■-" Иетоли исследования. Работа выполнена на основе анализа и .'.обобщения;-литературных материалов; натурных, ¿абсраторио -'иа-

шинных экспериментов," в ходе которых систематически производи-, лись метеорологические и актинометрические наблюдения. В работе развита методология предшествующих исследователей и использованы методы технической термодинамики, теории тепло- и мас-сообмена, гидро-азродинамики. Обработка экспериментальных данных проводилась с применением современных методов математического моделирования (математической статистики), средств измерений и вычислений. -

Достоверность результатов исследования. Достоверность научных положений, выводов, сформулированных в диссертационной работе, подтверждена точностью постановки .к решения задачи; массовостью данных, полученных в процессе лабораторных и натурных экспериментов, с последующей обработкой результатов исследований, точности полученных решений путем их сравнения с результатами экспериментов (исследований) в период с 1989-1994 годы.

Практическая ценность и реализация работы. Полученные данные, характеризующие . агротехническую _ эффективность гелиотеплици с субстратом, лотковой тепдоаккумулирувдей системой, внутрипочвенным орошением, фактические, данные го теплофизическим характеристикам грунта субстрата, методику расчета радиационно-теплового реасима теплицы. Система с внутрипочвенным орошением и аккумулированием тепла позволяет увеличить мощность корневой системы в 1,2 -Д,5 раза, повышает эффективность использования солнечной энергии на 10-12 %. Научные и практические результаты исследования использована при проектировании и строительстве опытно-производственных теплиц площадью 200 и 300 м2, осуществленных при строительстве н" гелиополигоне Каршинокого университета и в совхозе "Цашцадарё" Касбийского района.

Аппробация работы. Результаты научных исследований доложены на: 1.Республиканской конференции "Использование солнечной энергии в сельском хозяйстве" посвященной 70-летию чл.корр. АН Узбекистана Умарова Г. Я. Ташкент, 1991г.; 2. На республиканской научно-практической конференции, "Актуальные проблемы комплексного изучения природы и хозяйства южных районов Узбекистана", г.Карши, 1991г.; 3. На 7-ой Всесоюзной конференции по . радиационному теплообмену - масса ' и теплоперенос в технологических процессах. Ташкент, 1991г.; 4. На Всесоюзном семинаре "Теплообмен и • теплофизические свойстза

материалов", г.Новосибирск, 1992г.; 5. invitation and program of joint turkmen-iranian scientific seminar oh renewable sources . of enerjy. september, 1993 year.-; 6. - ha республиканской научно-практической конвенции "Использование солнечной эгергии в народном хозяйстве", посвященной 600-летию М.Улугбека, г.Гулистон, 1994г.; 7. На научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава КаршиГУ, посвященной 600-летию К.Улугбека.г.Карши, 1994г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в девятнадцати научных статьях. ' -

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, -заключения, выводы и содержит 114 страницы маши-писного текста, включая 49,рисунков, 20 таблиц, список литературы из 102 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении - обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, определены основные элементы научной новизны работы, которые выносятся на защиту, и практическое значение исследований.

В первой главе приведены обзор и анализ гелиотеплнц с подпочвенными аккумуляторами тепла, вопросы состояния исследований теплиц с внутрипочЕенным орошением, конструкции различных теплоаккумулирувдих систем, радиационных и теплотехнических расчетов. Выявлены достоинства и недостатки конструкции гелиотешшц- и теплоаккумулируюцих систем. Определены цели и задачи исследований.

Во второй главе приводятся принципиальная схема и геометрические характеристики лотковой теилоаккумулирующей системы с субстратом и Енутрипочвенным орошением гелиотеплицы многоцелевого назначения. Результаты исследования теплообмена и гидродинамики, расчетных и экспериментальных данных гидравлических сопротивлений, и абсолютной шероховатости для поверхностей > из различных материалов в

теплоаккумулируюцих каналах, . а такхе среднесуточные температурные режимы воздуха и субстрата в теплице представлены в виде графиков и таблиц.

Конструкция теплоаккумулирущей системы приведена на рис. 1.

В дневное время, при температурь воздуха в теплице 25-30°0, с помощью вентилятора теплый воздух из верхней части теплицы, через воздухозабор - попадает в коллектор. Из

-7Г

I

А -А 6,7

'.••-•• .-.4-. • 7' к

/// i-/// ^ //.' "-Ï /// /// ;// is ^ /у/ /и ,'// /15-

/

7

& -

Рмс.Г Поперечное (п) и продольное (.tí-) течения лоткэ с субсгрэ тон,Т-тегтлоэккум/;:т1руос;.кй rs ,

стенки догкя i3-.vyíícrp'5T,.',:-nK'fieг'-п е-¡--eKj time, 5-находное оггерсгие.б^пхгднс-з от-е^о-. ач!е,7-Д"1:ь'ен1:е гоэдухз.

коллектора воздух распределяется-в ТК, где охлакдаясь, отдает часть тепла в грунт и субстрат. Таким образом происходит аккумулирование избыточного солнечного тепла в дневное время.

. Нами использованы субстраты следующего состава: 20 % -полевой грунт, 80 % - смесь равных долей навоза и отходов хлопкоочистки. Теплофизические сгойства компонентов и субстрата - при средней объемной влажности, полученные по результатам экспериментальных исследований, приведены ь виде • | таблиц и графиков. .'; ;

г ;.-.. . В ' качестве. резервного источника .тепла ,в , пасмурные и «^"холодные, дни предусмотрено применение калорифера.. '.

' Поперечное.. сёченйез канала рассматривается; как ;плоская .. щель, "прямоугсльный .канал,.: канал со*; сложной . конфигурацией - сечения. Для всех вариантоз определен гидравлический диаметр;

Теплообмен и гидродинамика в ТК завися? от режима. течения. . теплоносителя-зсздуха в каналах. Как известно, поток является ; ламинарным V при "йе<2200/:-;Перехрд11ы;л при:2200<Ве<4С00 и турбу-, леитным' если 8е>'4 ооо. Б ^период .'испытания и эксплуатации тёпли-щ|, скорость воздуха в ТК составила от 0,66 м/с до'2,1 м/'с.

Предельную скорость полной турбулизации потока воздуха в ТК составляет

v , ' . • •

v—- 4ооо = 0. 271 м/а. (1)

с1Г

■Таким образом, в нашем случае поток Еоздуха в ТК является полностью турбулентным.

. Коэффициент.' теплопередачи шероховатых поверхностей в режиме полного проявления шероховатости " определяется: эмпирической формулой Дипрёя и Саберского -

-Ш---(2)

ЧА-В^в^/ЭИ О

5ь-число Стентона >

■ ■ -и ■■ ■■ ■ К"

А=5 Яе^рТ)0'2 Рг

Ие и Рг— собтветственно чиоло рейнольдса и Прандтля. . ■ На основе данныхДилрея и Саберского получено соотношение

1,87+С,541яС 1000^—)] (3)

г-

При-наших^условиях согласно (3) имеем

¡^„.5(^4.2,46,

ь-11ц,Ниг -число Нуссельта для, шероховатых и гладких каналов. ; л г Теплообмен'при' турбулентном ..течении, в, трубах определяется

зависимостью К|

Учитывая Рг=о,7г получим:

Кигг0,023Ке0'8 Рг0'4 } (4)

с-о,71 получим: Л.,'.':./"V ■

о.

а - коэффициент теплоотдачи в ТК, Вт/(м"К),ч А, - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(мК5. .. .. • Тепло, аккумулируемое в теплоаккумулирущей системе (ТС): а = п^д^со, со = 1ьт - ъо<т) <б) Гъсс), ъо<1;)-среднее значение, температуры воздуха и стенки ТК по длине канала.Ч-время, е.; П,-число ТК,

В первом приближении температуры -воздуха и стенки ТК по длине канала меняется линейно: . :

?ь(х,Т)=1ь(Г)-ХьХ, : (7)

Среднее значение по длина канала■ I: . .

■_.■ I I •.".- ■• •;■'..'•-..■'- к ь."-'";■-г-.'-• ь. <т> = с.со--2—, Г „СО = -—£—,- (в)

кь' ко~ коэффициенты затухания температуры воздуха и стенки в ТК.-

' (Ьь-ко). <9)

Используя выражения (1) и (3), представим (6) в виде:;

9 = П.НУЪР ДЬ.<Т>/,М=—-^т---; А=0',051; В=0,8. ! (10)

1 с .-V ,'. " '. ' ' .' • . ■ .

Тепло аккумулируемое^ в тс,, представим через температурный перепад по длине трубы: . . ■■■■■■,.•/,.■ ■

О-п^УД^Т); С=ро5с, (11)

С - удельная теплоемкость возд'/ха, ДжДкг.К)

Д12(Т)=1ь(0,Т)-1ь(Ь,Т> = Кьь, у- ■■;■.-: : .

ьь(0,т)=ьь(т)-температура> воздуха - на входе в канал,; разная температуре воздуха в теплице. ■ - у '.

Используя выражения (10) и (11), определим скорость

воздуха в ТК

. . МР [I -I -^-(К-К ).]

=—Ь__о_2-Ь__с-; {12)

С, КЛ.

ъ *

где х . •

Г 2 Г12 1

4= 2 .1, V'2 К ' г-гфг-1

г1 м . - .

время начала и конца периода зарядки в ТК,ч.

Количество тепла, аккумулированного за период зарядки: по соотношению "■-..■.

' = п в I ] ¿тт.. • (13)

" - ■'.:-.•■• ■■•=' .■-.-= ■' •':" • ••

На рисунка Л представлены .среднесуточные температурные

режимы воЬдуха и субстрата за первую декаду марта 1991 года в

режиме активной зарядки и пассивного охлаждения.

По среднемесячным данным получении следующие параметры:

^=32,2°С-средняя температура воздуха в теплице за- период

зарядки; • \

ьс--21,3°С-средняя температура воздуха стенки каналов.

При , скорости воздуха в -каналах. ;Уго,47-м,б7м/с

температурный перепад по длине ТК- составил Д12=8,б°с,

температурный перепад.между, воздухом и стенкой ТК ДЕ1=6,6°С.

Период зарядки составил -с3г* -«с^б часов, используя

выражения (13), определяем количество аккумулированной

энергии. Период работ вентилятора при зарядке 6 часов, при

разрядке Ючасов, составил 1ь=16 часов.

■„На основе многолетних.экспериментальных данных определен оптимальный режим вентиляции воздуха..

-¿/С

Рис. 2.12 - «арта'-1991 г .твмпгзрату^^^'рат'н^аз^/^а > -теплице. ?а-пернцд' аар.ядкя^Д-тецпорату¡)ё йоздука:-йчутрч теп пицц; : ^наружного' йэду*а.;

' ё третьей главе . приводятся «атемати'еская модель теплообмена в-субстрате-грунте,-в теплоаккумулирующей системе и . результаты■ л .исследования. ■ - радиациенно-шшективного

теплообмена в гелиотеплице.

Однородный субстрат . {корнеобитаемый слой), имеющий ограждение, подвергается периодическому воздействии потоков солнечной радиации и теплового потока на верхних участках поверхности, 'а такяе подпочвенным (шшшм) тепловым воздействиям в лотке ежесуточно в течении определенного промеаутка времени Дг, где {Ьх-хл-хг)', время включения

и отключения отопительной система калорифера).

Для определения температурного поля грунта и на осчове исследования этого температурного-, поля, оценить оптимальную высоту прослойки и аккумулирующего. канала, .т '-. время включения и отключения, продолжительность , 'времени - подпочвенного обогрева, соответствующий более нормативному температурному режиму теплицы, реализована математическая модель, расчетная схема представлена в - виде массива ,последовательно расположёшшх полубесконечных слоев. Теплопроводность в элемен

тарном сечении бг первого х€(1.,0) и третьего х€(1_,Г,> слоев. дг.(х,г) д 1 Ох.Сх.ь)

С.р.-4- = - а.--1-:-], (14) -.

11 дь дх 1 дх

где к - температура, к, с - теплоемкость, Дх/(кг.К); р - плотность, кг/мэ; Х- коэффициент теплопроводности, Вт/(м°С); t - время,с; %, г - пространственные координаты, м.

Теплопроводность в слое субстрата х£<1,, 1,) с учетом

внутренних тепловыделений

дх (х,ъ> а ат.(хД)

С.р.--= - [Л.----- ] + (15)

4 4 Эь дх. 4 дх ВТ

здесь чвт- мощность объемного источника тепловыделений, Вт/м3.

Для элементарного сечения тепловой баланс, воздуха в

геплообъемном канале запишем в виде

дХАхЛ)

1г»ъСТор2'ь )Съ(ТсРг>* )У<ь > эй: • ^та(0-2.1а.г, ъ)=о,

(16)

■де Тер2 - средняя температура воздуха в канале,°С:

Конвективные потоки тепла на границах канала, вследствии ебольиой разницы температур его стенок, можно принять равными вычислить по формуле , •

здесь «Та - коэффициент теплообмена,

Лифференцилльнг.е уравнения •. теплопередачи в слоях , »нструкции решится с учетом баланса тепловых. потоков на его яницах. . -

На границе х=0 баланс тепловых потоков

• „ ' . at.(x,z,t)

- р 1 Эх

=о, (18)

х=0

где qp(0,t)- радиационным тепловой поток

%<o,t)--Knpíx^v(l2.t)- <p(0,t)3, С19)

% - постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(К м ); ,епр- приведенная

степень черноты; тср - средние температуры поверхностей,

вычисляемые аналогично

Гранично« условие »¡а границе х=13.

dXAx.z.t) I dTXx.z.t) I

я—3---- К—^-—- , (20)

3 дх 'х=1а 4 дх

t3(l3,z,t) = <C4(l3,z,t);

на границе , х=1 . ' -

St.(x,z,t) |

«mt^-VV^^urV-^- |x=i4=0' (21>

здесь тв~.температура воздуха в теплице,°С; .но-интенсивность солнечной радиации, поглощенной поверхностью субстрата, Вт/м2; оЦц-козффициег.т теплообмена с внешней средой, Вт/(мг,°С).

В качестве начального условия принимаем идентичность •температур в интервале хесол4] и линейного распределения для : . xuo.i^ Уравнение теплопередачи в слоях с граничными условиями и начальным распределением температур в массиве замыкает математическую постановку задачи,, ее решение возможно численными методами. Полученные оценочные экспериментальные данные характеризуются следующим;

- средний тепловой поток через верхнюю поверхность теплоаккумулирующего канала (ТК).

. F =7,7-м -площадь верхней стенки ТК;

-средние температуры воздуха и верхней стенки ТК;

- средний тепловой поток через нижнюю поверхность ТК

b=a2F}&rc1; го.Г V ' í (23>

(F1=6,4 m¿ - площадь низшей стенки ТК; т - средняя

температура нижней.стенки ТК);

- средний сумкарньЛ тепловой поток в ТК

átp+A%

я =«. F Ь.% ; &Х = ---i-; (24)

Q с с 2

-- Ser ' (25)

а- средний коэффициент теплоотдачи на стенках ТК;. тк1;ткг -температуры воздуха на входе и выходе из ТК;

Р =К„+ Р =14,1М?; Б г 0,139М2. .. " с 2 1 о _

Согласно экспериментальным данным 1-е,? м; €КО= 20,9 Вт/м ;

Х4=0,206 Вт/м.К; а4=0,16?х10~2 м2/с; ьд=0,96 м; ьь=1,15£, м; а=15,4 Вт/м?К; у =1,5 м/с; 0,57 Вт/м.К; 0,35- 10~бм2/с.

Расхождение расчетных данных и экспериментальных данных по теплообмену е.ТК составляет ±2-7 %, по теплообмену в субстрате ±10-15%. . .. • '•>*"■'.■■„•".;...". -..:-'.

В.работе рассматривается математическая модель'гелиотеп- ; лицы на основе современной теории тепло-., и, массообмена,, где. основными механизмами переноса •' теплоты. ■ и : тепла •, является , теплообмен. излучения, -естественная конвекция, и теплоперёнос в.".' защищенном грунте. Для ./описания . перекоса . излучения.. в -длинноволновом . диапазоне ; используется зональный, метод. СЕободиоконкективный перенос моделируется- с. помощью обобщений V эмпирических данных по свободно;-! конвекции. ■ У; V./ у, .'"

.. Составлены уравнения ;теплоЕого.баланса ограждения и воз- . духа в теплице, , и для замыкания модели- учтены , сопряженный теп-; ' ;, лообмен в. почве и вхо.гчцее солнечное, излучение. • . . ' При изменении геометрии"конструкции, '.структура-уравнений '. ,', математической модели; сохраняется-,'., что позволяет проводить расчеты по единой -. программе": для различных геометрических V./ конструкций,, в чем и заключается преимущество данного подхода.

. Рассмотрим применение" разработанных, математических .- моде-' лей гелиотеплиц, к конструкциям.прёдставлёным- в работе. '; -Г- , ;,:.

, .. Для вывода уравнений; . зонального: метода принято .двойное":•.'"'.'' ограждение, (стекло-пленка). ■ Каждую - плоскую -• поверхность.; ограждения; и почву будем считать изотермическими. Плотность потока'падающего излучения о на к-той поверхности равна. .':.'.■" ■■''

где -угловые коэффициенты излучения, -плотность потока -эффективного излучения на г-той границе. Угловой коэффициент определяет долю всего излучения,"испущенного, поверхностью К. и :. гюпасоего на поверхность ч. - Плотность: 'потока. ; .внешнее , Г4..; ограждение,определяется долей падающего излучения, пропущенной.^ ; . внутренним ограждением, собственным ■ ' излучением ■/ внутреннего -огракдения и отраженным эффективным излучением . внёсшего •--.': ограждения. •. "-'..'

м

Плотность потока эффективного излучения внешнего ограждения определяется отраженным падающим и собственным излучением.

Плотность потока . эффективного излучения внутренней поверхности огракдения, направленного внутрь теплицы, складывается из собственного излучения, отраженного падающего и пропущенного эффективного излучения внешней поверхности.

Диффузная и направленная составляющие солнечного излучения определялись по общеизвестной методике.

Яри.этом'предлагается, что поверхность ориентированна на юг. Тепловыделение вследствии поглощения солнечного излучения ■ и поверхностях огракдения и плотность потока солнечного излучения на почву вычисляется без учета отражения.

Расчета проводились для условий зимнего солнцестояния и весеннего равноденствия.В первом случае предполагалось, что средняя, за сутки направленная солнечная радиация составляет 280 Вт/мг, рассеяиая-45 Вт/мг, во втором - 420 Вт/м2 и 100 Вт/мг. Варьировалась температура окружающей среды и степень черноты атмосферы.

Результаты расчетов приведены в виде графиков суточного изменения температуры почвы и воздуха.

Расчеты показывают, что температура поверхности почвы в защищенном грунте даже при. т' = -10°С остается полокительной и на 4-6° превышает . температуру незащищенного грунта. Среднеобъемная температура воздуха понижается, в ночное время до -5 °С. При ТрН='0°С. температура почвы в теплице не опускается нияе 7°С, среднеобъемная - ниже 5°С.'В двухблочном варианте за счет увеличения отношения площадей почвы' и ограждениях при всех условиях (особенно неблагоприятных) температура почвы выше, чем .в одноблочном.

Предложенная математическая модель позволяет численно расчитать динамику тепловых процессов в гелиотеплице при .заданных начальных условиях и внешних воздействиях, зависящих от-времени. . .

В четвертой главе освещаются результаты исследований тепломассообмена в' теплоаккумулирующем канале в воздушной прослойке при пленочном покрытии субстрата, а также определение эквивалентной теплопроводности.

Б нашем случае для стационарного течения и теплообмена при движении б теплозккумулнруыкем канале гелиотеплщн теидзнссителл-гсздуха с постоянным'/, свойствами, однородными

условиями на стенке ТК, отсутствии в воздушном потоке

диссипации энергии и внутренних источников теплота в случае,

когда влияние подъемной силы «окно пренебречь, для данных

условий входа критериальное уравнение будет иметь вид

Ни = 4<Егв,!Зг, >, (27)

°зкв

ГДе к - а Лг«в ; Й _ _1_1экв _ и „„ _ -х--- {,„ _ -----; .

ь -длина теалоаккумулирующего канала; ь =6,7 м. азкв=-~-Ь— ;а - ширина канала а=1,0 м.

ь- высота (прослойки) канала ь=0,1м. В нашем случае 0^=0,10 м, для воздуха число Прандтля Рг=0,7; И/а < 50).

На основании анализа и обобщения многочисленных опытов с применением метода наименьших квадратов,установлена следующая зависимость

Ни, = 0,731 Йе0'52 (28)

Таким образом, на основании полученной зависимости (28) и пользуясь в __ а(Твоз _ (29)

определяли аккумулированную энергию в слое субстрата (в теплсаккумулирувдем канале) результаты соответствующих расчетов показали, что <3=1170 кДк/ч.

В работе рассматриваются определения эквивалентной теплопроводности воздушной прослойки, полиэтиленовой пленкк-субстрата, заполненной в бетонном лотке теплицы.

Воздушную прослойку пленка-почвогрунт можно представить как плоскую горизонтальную щель, толщина которой изменяется в зависимости от вида растений, шероховатости поверхности в пределах от 5 до 15 см.

Полученные результаты исследований теплообмена в воздушной прослойке обобщены 'в критериальной форме.

Если рассматривать теплообмен между двумя станками, ограничивающими щель толщиной ДЬ, заполненную средой с

теплопроводность» А, то критерий Ни представляет собой:

£

Ни = —= с(Са,Рг,К)п. (30)

Где л-экв" ^онд^'1' г V о.осл'р, к0~ копффициент теплопроводности сухого воздуха; «¡»-относительная влажность юздуха под пгзночням покрытием становится влагонасыцеиним, г. е. <}~1.

Обработанные таким образом экспериментальные точки с некоторыми отклонениями ложатся на , прямую определяя параметры . этой прямой согласно ННК, находим ■ значения коэффициентов п и с, входящих в уравнение (30), получили критериальное уравнение для определения эквивалентного коэффициента теплопроводности влажной воздушной просюйкм в виде (при Рг = const) .

дЬ . .

1 Ии = —- 0,151(Ga/K)0'33 . <31)

3 л.

Ga= — критерий Галилея; к= ^^— критерий Кутателадзе;

г-теплота парообразования; Ср~ теплоемкость; v- кинематическая вязкость.

Полученные результаты ' по определению эквивалентной теплопроводности -паровоздушной прослойки дает возможность сравнить насколько различны значения Хдкв для сухого и влажностного воздушных промежутков, для чего и были вычислены и построены зависимости вида Мг„0- fc(At) и А?? = fb(it) для

OivO otto

средней температуры прослойки tcp=22°C, Дь=о,1м. В среднем для градиентов At от 1 до 12°С различие между и ХдКВ

достигает 2,2 раза, а в больших градиентах температур результаты отличаются в 2,8 раза.

Автор - выражает искреннюю признательность доцентам В.Д.Киму и М.О.Мурадову за ценные советы и пожелания в процессе выполнения работы.

. Основные результаты и выводы.

1. Разработаны, созданы и исследованы солнечные теплицы с лотковой системой субстратом, с подпочвенным орошением . и воздушно-калориферной системой аккумулирования тепла. Аккумуляция солнечной энергии осуществляется как в тепличном грунте-субстрате, так и в теплоаккумулирующем канале. В лотковом теплоаккумулирующем канале накапливается 35-45 % прошедшей солнечной энергии.

2. Разработана и испытана система подпочвенного орошения водораспределительного устройства. Определены величины давления, которые не разрушая структуру почвы-субстрата, обеспечивали бы по чачу к растениям несС::: ,;::мого количества влаги; установлены оптимальные удельные нор"п расхода воды.

3. Подпочвенное орошение приводит к общему повышению температур массива субстрата-грунта в зоне корнеобитания на 4,5-5,3°с. Температура в тепличном грунте стремится к

выравниванию. Амплитуда•суточных колебаний температур весьма мала, а в слое корнеобитания не превышает 4-4,5°С, а влажность в слое корнеобитания находится в агротехнических пределах 38...45 %. В условиях республики (г.Карли) режим температур и влажности почвы и воздуха в гелиотеплице ' с подпочвенным .телловыв! орошением во всех отношениях для растений наиболее предпочтителен, увеличтается мощность корневой системы в 1,2...1,5 раза, экономится 190-220 л/м2 поливной воды в год.

4. Разработанные математические модели радиационно-конвективного теплообмена двухблочной гелиотеплицы с- субстратом лотковой системы выращивания овощей с подпочвенным орояением и аккумулированием тепла весьма корректен.

5. Предложенная математическая модель процессов переноса тепла з гелиотеплице позволяет рассчитать изменения температуры почвы-субстрата и среднеобъемной' температуры при заданных начальных условиях и внешних воздействиях, в зависимости от времени.

6. Изучены спектральные оптические характеристики прозрачных ограждений из стекла и. полиэтиленовой пленки с капельной конденсацией и . без конденсации в видимой и инфракрасной области- солнечного спектра.. При .наличии конденсата прозрачность снижается в диапазоне УФР и БИКР (28...33)% в диапазоне БР на (34...42) % и ДИК? на (32...59)2, капельная конденсация в пленочных покрытиях на (9...20) % больше влияет чем на стекле и пропускательную способность, что необходимо учитывать при радиационном и тепловом балансе гелиотеплицы.

7. На основании теории подобия и обработки экспериментальных данных получены критериальные зависимости для определения коэффициента''теплоотдачи в воздушной прослойке теплоаккумулирующего канала Ни^о.гзше0'52, и для определения эквивалентного коэффициента теплопроводности влажной воздушной прослойки Ни=ол51(<?а/к>0,33 полиэтиленовой пленки-субстрата, заполненной я бетонном лотке теплицы.

8. Представленные методи моделирования теплотехнического и гидравлического расчетов, математические зависимости могут быть использованы при расчетах'и проектированли гемотеплщ, в других областях теплоэнергетики.

Список опубликованных работ по теме диссертации.

По теме диссертации опубликовано 19 работ основные из которых:

1. Бардияшвили А.Б., Ким В.Д., Файзиев Т.А., Гидродинамика и геометрические характеристики лотковой теплоаккумулирукхдей системы с субстратом для гелио-теплиц. //Гелиотехника 1991 г. J66- -стр. 57-63.

2. Бардияшвили А.Б., Нуродов М.У., Файзиев Т. А., Влаготеплоперенос в системах внутрипочвенного орошения теплиц. Тезисы док/адов респуб. иаучно-практич. • конференции "Использование солнечной энергии в народном хозяйстве".-посвященный 70-летию чл.-корр.АН РУз Умарова Г.Я. Ташкент 1991.-е.17-19.

3. Вардиямвили А.Б., Файзиев Т.А., Нуродов М.У, Математическое моделирование и экспериментальное исследование радиационно-конвективного теплообмена в теплицах. Тезисы докладов 7-ой Всесоюзной конференции по радиационному теплообмену - массо и тепло переноса в технологических процессах. Ташкент 1991, 21-23 сентябрь.

- 4.Бардияшвили А.Б., Ким В.Д, Файзиев Т.А., Радиационно-тепловой режим блочных теплиц с солнечным обогревом.//Гелиотехника 1992 Jfö-c.39-44.. ' ■

5. Бардияшвили А.Б., Ким В.Д., Файзиев. Т.А., Тепловой резким лотка с субстратом и теплоаккумулирующим каналом в гелиотеплицах.//Гелиотехника 1993 М-с.35-40.

6. Бардияшвили А.Б., Ким В.Д., Файзиев I.A., Теплообмен в лотке с субстратом в теплицах.//Теплообмен и теплофизические свойства материалов. Материалы Всесоюзного семинара. Раздел "Тепдомассоперенос" Новосибирск 1992 с.249-257.

7. Вардияывили А.Б., Ким В.Д., Файзиев Т.А., Влияние капельной конденсации на спектральные интегральные оптические свойства прозрачных ограждений низкотемпературных гелиоустановок.//Гелиотехника 1993 JK3 с.27-33.

8. Бардияшвили А.Б./Файзиев Т. А., и др. Теплофизические характеристики тепличных почв-субстратов.//Материалы Республиканской научно-практической конференции "Использование солнечной энергии в народном хозяйстве", посвященный СОО-летию 1!. Улугбека г.Гулистон, 1994, с.32-33.

9. Бардияшвили А.Б., Файзиев Т.А., Ганиев Д. Расчет и исследование аккумулирования тепла в субстрате гелиотеплицы многоцелевого назначения.//Гелиотехника 1994 J64 с. 42-44.

Кискача мазмун: ,

Куеы иссикхоналарида лоток субстратли иссиклик аккумуляторли тупрок остидан сугориладиган системада иссиклик масса алмашинуви хамда радиацион иссиклик рехимини тадкикот этии.

Узбекистон шароитида мавхуд кайта тикланадиган энергия манбаларидач (куеи экергиясидан) фойдаланиб, я-ьни иссикликня лотокдаги тупрок - субстратга аккумуляция килии ва тупрок ости кувурларидан илик сув билан сугориб, хамда унумдор тупрок катлами (субстратдан) фойдаланиб нахсулот етиштирии харахатлариии анчага камайтиради. Диссертацияда лоток -субстратли иссиклик аккумуляторли тупрок остидан ялик сув билан сугориладиган системали ва радиацион иссиклик рехишгз эга булган иссикхона лойихаси ва унинг муаммолари илмий хал этилган:

Иссикхоналарда кишлок хугалик махсулотларини етиштириЕда иссикликни аккумуляция килиш дараасаси ва турли таркибли субстратлардан фойдаланишга багишланган влкий изланишлар уриганилган;

- Лотокда турли хил таркибли субстратли иссиклик аккумуляторли тупрок остидан сугориладиган системанинг тажрибавий тури дойихаланган, курилган ва тадкикот этилган,-

- Икки блокли иссикхоналарда яратилган системада содир буладиган иссиклик ва намлик режимлари йил давомида мавсумий кузатишлар утказилган;

- Икки блокли иссикхоналарда турли хил копламали ва катламли холатлардаги радиацион иссиклик ва субстрат тупрокдаги иссиклик масса алмашинув рехимларини хисоблаш методикаси ва математик модели ишлаб чикилган;

- Шиша ва пленка копламаларда хосил буладигач парда ва сув томчиларининг турли диапазонларда нур утказувчанлик кобилийтига таъсири экспериментал ва хисобйй урганилган;

- Каналда харакатланаетган иссиклик хаво окимининг иссиклик бериши ва пленка - субстрат оралигидаги нам хаво катламида иссиклик масса алмаиинув хараенларини хисоблаш учун критериал богланишлар олинган;

Олиб борилган илмий тадкикотлар ва тажрибавий кузатишлар асосида Карши давлат университети тажрибавий гелиомайдончасида 200 м2 ли хамда Касби тумани "Кашкадаре" жамоа ширкат хужалигида 300 м2 юзали тажрибавий ишлаб чикариш иссикхонаси курилган.

Tulkin Amirovich Faiziyev

This is 3n investigation of greenhouses, the heating of open-channel irrigation systems, underground irrigation systems, and thermal radiation regimes. It sho//s had fuel , is wasted due to the economics of the long crowing period required in the village greenhouses how it pollutes the local environment.

In order to provide the necessary (graving) conditions In Uzbekistan using Its natural resources, namely by heating the open-channel stratum end irrigating using warm W3ter piper* underground, will permit the rich orgeiic end miniral nurishments In tho substratum to bo used tfton production erpenses csn bo greatly reduced. In this dissertation, the open-cinnnol substratum thermal occumulator, thi underground warm water irrigation system and their thermal radiation regimes in a greenhouse project and its work regimes problems have been resolved.The extent of thermal occumutetion in village greenhouse crop production end the different kinds of subsirats useful based on the scientific work that has boen learned. "Tha kind of experimental projects on tha different possible structures for the sub-stjate's thermal accumulation in en underground irrigation system.

The thermal end moisture regimes over a year Including a'l the seasons when e two-block greenhouse is mads using this system.

A mathematical model showing how the various cover's and layer's conditions change tha thermal radiation and substrate earth's thermal mass.

The curtain that comes to the surface of the covering and the thorn;.->'. effect of surface condensation.

The hot woather's hooting of the stream and tha thermal mass cf tha upper substrate layer's changing period's criteria have been established.

Tha author's scientific research and experiments have mainly been conducted atKorshi State University 200 m^ experimental center and at tha "Kashftsdaryo" collective farm In the Kasbl district where a 100 m2 sroenhouse was constructed. Plans for building future greenhouse according to tin's system can be roquostod from tho region's "Agrosanoat" union. 1 • '

БОСМЛХОНЛГЛ ТОПНШРИЛДИ ft.

БОСИШГЛ РУХСЛТ ЭТИЛДН У, ». 1\0F03

БИЧИ,Mil GOxHI 1/Ш. ОФСЕ Г i30cma УСУЛН ДЛЛОВИ / ПУСХА |;уюрт;.\л r'>"

УЗР <!>A <.КИБЕР1ШШК.Ь ППЧБ СИГА 1\ЛРЛШЛИ КИБЕРНЕШГ \ ЦИСТИТУ 11 НИИ1Г Б0СМАХ011ЛС11ДЛ

ЧОП ЭТП.'П'АН. 7001«, T011IKEHT. Ф ХУЖАЕВ. КУЧАСИ 31 Уй.